DE1199022B - Photoelektrisches Geraet zum Feststellen von Oberflaechenerhebungen, z. B. Faeltchen, auf sich bewegenden Bahnen aus Flachmaterial mit normalerweise glatter Oberflaeche, z. B. Papier - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

GOIn

Deutsche Kl.: 42 k-46/07

Nummer: 1199 022

Aktenzeichen: N21695IXb/42k

Anmeldetag: 12. Januar 1960

Auslegetag: 19. August 1965

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Feststellen von Oberflächenerhebungen, z. B. Fältchen, auf sich bewegenden Bahnen aus Flachmaterial mit normalerweise glatter Oberfläche, z. B. Papier, mit mindestens einer Lichtquelle und mit mindestens einer durch das von ihr ausgehende, mit der Oberfläche der Bahn in Berührung gekommene Licht beaufschlagten Photozelle.

Es wurden Überwachungsvorrichtungen für sich bewegende Flachmaterialbahnen, insbesondere Papierbahnen, bereits vorgeschlagen, bei denen die äußere Oberfläche der Bahn mit Licht von im wesentlichen gleichförmiger Intensität beleuchtet und das von dem beleuchteten Abschnitt der Bahn reflektierte diffuse Licht durch Öffnungen geworfen wird, die in dem lichtdichten Gehäuse eines über dem beleuchteten Bahnabschnitt angebrachten Prüfkopfes vorgesehen sind. Im Prüfkopf sind Photozellen vorgesehen, die elektrische Ausgangssignale beim Auftreten von Fehlern in dem überwachten Bahnabschnitt aussenden, falls solche Fehler Veränderungen der Intensität des reflektierten Lichtes verursachen. Dabei benutzt man, um Veränderungen der Signalstromstärke infolge Änderungen in der Struktur und Zusammensetzung der überwachten Bahn möglichst niedrig zu halten, in gleichen Abständen von der Öffnung des Prüfkopfes angeordnete Gleichstrom-Fluoreszenzlampen, die eine im wesentlichen gleichförmige Beleuchtung der zu überwachenden Bahnoberfläche beiderseits des Prüfkopfes erzeugen sollen. Zu dem gleichen Zweck wird auch eine Mehrzahl von überwachten Oberflächenabschnitten angewandt. Diese vorgeschlagenen Vorrichtungen sind wenig dazu geeignet, Oberflächenerhebungen der zu überwachenden Bahn festzustellen, die normalerweise flach und nicht scharfkantig sind und keine nennenswerte Veränderung in der Intensität des reflektierten Lichtes hervorrufen, namentlich wenn in der erwähnten Weise für eine besonders gleichmäßige Ausleuchtung des zu überwachenden Bahnabschnitts gesorgt wird.

Da es der Hauptzweck der vorgeschlagenen Vorrichtungen ist, in zuverlässiger Weise starke Verfärbungen von kleinem oder schwache Verfärbungen von großem Durchmesser festzustellen, mußte die Signalbeeinflussung durch unebene Teile des fleckenlosen Flachmaterials auf ein Minimum reduziert werden. Die auch zu diesem Zweck verwendete, bereits erwähnte beiderseitige Anordnung der Lichtquellen neben der Öffnung des Prüfkopfes mit Lampen von übereinstimmenden Kenndaten führt zwangläufig dazu, daß von unebenen Oberflächenteilen gebildete Schatten im wesentlichen beseitigt werden Photoelektrisches Gerät zum Feststellen von
Oberflächenerhebungen, z. B. Fältchen, auf
sich bewegenden Bahnen aus Flachmaterial mit normalerweise glatter Oberfläche, z. B. Papier

Anmelder:

Paul Nash, Ottawa, Ontario (Kanada)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Müller-Börner

und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, Patentanwälte,

Berlin 33, Podbielskiallee 68

Als Erfinderbenannt:

Paul Nash, Ottawa, Ontario (Kanada)

Beanspruchte Priorität:

Kanada vom 12. Januar 1959 (765 993)

und von den Photozellen des Prüfkopfs nicht mehr wahrnehmbar sind. Das wichtigste Kennzeichen einer Oberflächenerhebung oder einer Falte, die nicht mit Verfärbungen verbunden ist, ist der von ihr erzeugte Schatten, der bei einseitiger Beleuchtung des Flachmaterials auftritt. Es ist daher die Erkennung von Unebenheiten, Fältchen u. dgl. in der Bahn mittels der vorgeschlagenen Prüfköpfe praktisch ausgeschlossen.

Es sind ferner Vorrichtungen bekannt, die aus einer punktförmigen Lichtquelle und einem optischen System bestehen, durch das der Lichtstrahl auf eine Spiegeltrommel geworfen wird, von der er einer Photozelle zugeführt wird. Dabei erhält die Photozelle bei ordnungsgemäßem Zustand der zu überwachenden Bahn eine maximale Lichtstärke zugeführt, und auftretende Fehler äußern sich in einer Verringerung der zugeführten Lichtstärke. Dies stellt neben der Kompliziertheit dieser bekannten Vorrichtung einen erheblichen Nachteil dar.

Die gleiche Feststellung gilt auch für eine andere Überwachungsvorrichtung, bei der eine ortsfest, mit der Bahn nicht in Berührung kommende Lichtschranke zwischen der Lichtquelle und den Photo-

So zellen angeordnet ist.

Weiterhin sind Vorrichtungen zur Dickenmessung von sich bewegenden Gegenständen bekannt, bei

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denen mit der Oberfläche des Gegenstandes in Verbindung stehende Fühler verwendet werden. Solche Fühler hat man — zur Steigerung der Empfindlichkeit des Meßgeräts — auch mit optischen Anzeigemitteln vereinigt, bei denen die Bewegungen des Fühlers durch Schwenkbewegungen eines Spiegels u. dgl. vergrößert werden.

Ähnliche bekannte Vorrichtungen arbeiten mit Veränderungen der Induktivität oder Kapazität von mit dem Fühler in Verbindung stehenden Bauteilen.

Fühlervorrichtungen der bekannten Art können zwar zurückgelegte Meßwege und/oder Beschleunigungen messen. Sie sind jedoch für die Feststellung von Oberflächenunebenheiten an laufenden Bahnen aus Flachmaterial mit normalerweise ebener Oberfläche nicht geeignet, da sie in hohem Maße empfindlich sind für Schwingungen, Lagerfehler oder Exzentrizitäten der die zu überwachende Bahn führenden Rollen oder für Änderungen der Dicke des einwandfreien Flachmaterials.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zum Feststellen von Oberflächenerhebungen, z. B. Fältchen, auf sich bewegenden Bahnen aus Flachmaterial mit normalerweise glatter Oberfläche, z. B. Papier, anzugeben, das die erwähnten Nachteile der bekannten Vorrichtung vermeidet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Gerät der eingangs gekennzeichneten Art gelöst durch eine auf der Oberfläche aufliegende, sich in Querrichtung zu der letzteren erstreckende und in Richtung senkrecht zu ihr nachgiebig beweglich ausgebildete Lichtschranke, auf deren einer Seite die Lichtquelle und auf deren anderer Seite die Photozelle so angeordnet sind, daß eine Lichtbeaufschlagung der letzteren nur beim Abheben mindestens eines Teils der Lichtschranke von der Bahnoberfläche durch Oberflächenerhebungen erfolgt.

Auf diese Weise gelingt es, die Beaufschlagung der Photozelle mit Licht zum Kriterium für das Auftreten von Oberflächenunebenheiten zu machen, so daß die Photozelle bei ordnungsgemäßem Zustand der Bahn nicht mit Licht beaufschlagt wird. Es ist ferner bei Anwendung der .Erfindung auch nicht mehr von Bedeutung, ob die festzustellenden Oberflächenunebenheiten und der optische Strahlengang so beschaffen sind, daß ein Schatten entsteht oder nicht. Schwingungserscheinungen können wegen der Möglichkeit, die Lichtschranke außerordentlich leicht zu machen, ebenfalls praktisch ausgeschaltet werden.

Die Wirkung des erfindungsgemäßen Gerätes kann dadurch verbessert werden, daß die Bewegungsbahn des Flachmaterials an der Prüfstelle in Bewegungsrichtung gekrümmt ist und die Lichtschranke die Oberseite der Bahn im gekrümmten Abschnitt berührt.

Dabei ist es zweckmäßig, daß sowohl die Lichtquelle als auch die .Photozelle in der zur Berührungslinie der Lichtschranke gehörenden Tangentialebene liegen.

Eine zweckmäßige bauliche Gestaltung des Gerätes nach der Erfindung kann dadurch erzielt werden, daß die Photozellen in einem lichtdichten Gehäuse mit einer Lichteintrittsöffnung angeordnet sind.

Die Brauchbarkeit des Gerätes kann dadurch verbessert werden, daß die Lichtschranke mit dem Gehäuse elastisch verbunden ist.

Für manche Anwendungszwecke kann es zweckmäßig sein, das Gerät nach der Erfindung in der Weise auszubilden, daß mehrere Lichtschranken in einer sich quer über die Bahn erstreckenden Linie hintereinander angeordnet sind, wobei eine oder mehrere Lichtschranken zwecks Bildung einer Schrankengruppe einer oder mehreren Photozellen zugeordnet ist oder sind.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der beigefügten, beispielsweise — jedoch nicht beschränkend — eine Ausführungsform der Erfindung darstellenden Zeichnung näher erläutert.

Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch ein Gerät nach der Erfindung.
Die Flachmaterialbahn 2 wird durch voneinander getrennt liegende Rollen 3, 4, 304 und 309 an einer Prüfstelle vorbeibewegt, wobei zwischen den Rollen 4 und 304 ein ein lichtdichtes Gehäuse 9 enthaltender Prüfkopf angeordnet ist. Von der Unterseite des Gehäuses 9 hängt ein Blendenkörper 7 α herab, in dem eine schmale längliche Öffnung 7 b ausgebildet ist, die sich quer zur Bewegungsrichtung der Bahn 2 erstreckt. Diese untere Öffnung Ib wirkt mit einer in der Unterseite des lichtdichten Gehäuses 9 ausgebildeten Öffnung 7 zusammen, so daß nur von dem zu überwachenden Abschnitts der sich bewegenden Bahn 2 stammendes Licht die Photozellen 6 erreichen kann, wobei Gruppen dieser Photozellen mit einer gemeinsamen Ausgangsvorrichtung, wie beispielsweise einer Kathodenfolgeschaltung 21, gekoppelt sind, deren Ausgang mit einem (nicht dargestellten) Verstärker verbunden ist, so daß Fehler oder Schäden in der bereits vorgeschlagenen, oben erwähnten Weise festgestellt werden.

Beiderseits der Öffnung Ib sind vorzugsweise aus einer (nicht dargestellten) regulierten Gleichspannungsquelle gespeiste Gleichstrom-Fluoreszenzlampen 8 angeordnet, die den zu überwachenden Abschnitt 5 im wesentlichen gleichmäßig beleuchten. Außerhalb der Lampen 8 und an dem lichtdichten Gehäuse 9 sind abwärts gerichtete Flansche 10 befestigt, die bewirken, daß das unmittelbar auf die Oberseite des zu überwachenden Abschnittes 5 fallende Licht nur das Licht ist, das der Abschnitt aus den Lampen 8 erhält. Deshalb ist normalerweise das einzige, die Photozellen 6 erreichende Licht das Licht, das von der Oberseite des zu überwachenden Abschnittes 5 reflektiert wird. Jedoch können diese Photozellen auch Licht aufnehmen, das durch das überwachte Flachmaterial hindurch aus Lichtquellen 303 übertragen wird, die an seiner Unterseite angeordnet sind.

Wie oben erwähnt, ist Aufgabe der Erfindung die Schaffung eines Gerätes zum Feststellen unerwünschter Oberflächenerhöhungen, wie beispielsweise Knötchen oder Fältchen, in der sich bewegenden Flachmaterialbahn. Obwohl das Gerat normalerweise zur Feststellung von unabsichtlich entstandenen Oberflächenerhebungen, wie beispielsweise Fältchen, verwendet wird, kann es auch, beispielsweise zu Steuerungszwecken und zum Feststellen künstlich geschaffener Oberflächenerhebungen verwendet werden, die absichtlich in der Oberfläche des Materials vorgesehen sind, wie z. B. Kreppungen.

Das grundlegende Ärbeitsprinzip des Gerätes nach der Erfindung besteht darin, daß eine Lichtschranke beim Fehlen jeglicher unerwünschter Oberflächenerhebungen die Oberfläche des sich bewegenden Flachmaterials an der Berührungslinie nachgebend

berührt, die über ihre gesamte Länge kontinuierlich ist und sich quer zur Bewegungsrichtung des sich an der Lichtschranke vorbeibewegenden Materials erstreckt. Diese Lichtschranke unterbricht normalerweise die Übertragung von Licht aus einer ihre Berührungslinie mit der Materialoberfläche beleuchtenden Lichtquelle auf Photozellen, gibt jedoch nach und entfernt sich von der Oberfläche zumindest über einen Teil ihrer Länge, wenn eine Oberflächenerhebung, wie beispielsweise ein Fältchen, an der Berührungslinie erscheint, so daß die stete Berührung unterbrochen wird und Licht aus der Lichtquelle die Photozellen erreichen kann, die dann ein Ausgangssignal liefern.

Obwohl die Lichtquellen und die Photozellen so angeordnet werden können, daß, sofern die Lichtschranke von der Oberfläche (zumindest teilweise) entfernt wird, nur vom Material unter der Lichtschranke reflektiertes Licht die Photozellen erreicht, werden bessere Ergebnisse erzielt, wenn das Licht beim Abheben der Lichtschranke von der Materialoberfläche (zumindest teilweise) direkt die Photozellen beeinflußt.

Eine solche Einrichtung ist in der Figur dargestellt. In der Bewegungsbahn des sich bewegenden Flachmaterials wird durch eine Absetzrolle 309 eine Krümmung erzeugt. Der Versetzungsgrad der Rolle 309 und die Lage der Rolle 304 sind so eingerichtet, daß das zum Feststellen der Unebenheiten bestimmte Gerät als die ihm zugeordnete Lichtquelle eine der im Fehlerfeststellkopf verwendeten Lampe 8 benutzen kann. Natürlich könnten gesonderte Lichtquellen verwendet werden. Es ist zu beachten, daß das Gerät zum Feststellen von Fältchen, Klümpchen u. dgl. auch an der anderen Seite des Prüfkopfs angeordnet und die andere Lampe 8 zur Schaffung der notwendigen Beleuchtung und die Rolle 3 zur Erzeugung der Krümmung verwendet werden kann.

Die Lichtschranke 305 ist als eine schrägstehende Platte dargestellt, die den gekrümmten Abschnitt der Bewegungsbahn des Flachmaterials an einer sich rechtwinklig zur Bewegungsrichtung erstreckenden geraden Kante 310 berührt. Eine geringfügige Aufwärtskrümmung am Ende der Lichtschranke 305 gewährleistet, daß das Flachmaterial nicht durch die Lichtschranke behindert oder beschädigt wird.

Normalerweise ist das sich bewegende Flachmaterial glatt und eben, so daß die Lichtschranke zwecks Schaffung der notwendigen ununterbrochenen Berührung mit seiner Oberfläche eine gerade Berührungsfläche hat. Unter gewissen Umständen kann diese Berührungsfläche statt gerade gekrümmt sein, beispielsweise könnte die Rolle 304 an ihrer Außenfläche mit einer geringfügigen Krümmung in axialer Richtung versehen sein, wobei in diesem Fall die untere Kante der Lichtschranke 305 zwecks Anpassung an diese Krümmung ebenfalls gekrümmt sein würde. Als Grunderfordernis kann einfach festgestellt werden, daß die Berührungslinie zwischen der Lichtschranke und der Oberseite des Materials beim Fehlen jeglicher unerwünschter Oberflächenerhebungen über die gesamte Länge der Berührungslinie durchlaufend sein muß.

Obwohl die Lichtschranke 305 als mit einem lichtdichten, die Photozellen 308 enthaltenden Gehäuse verbunden dargestellt ist, könnte sie auch gesondert angebracht sein.

Die nachgebende Berührung mit der Bahn kann auf verschiedene Weise erzielt werden. Einmal könnte die Lichtschranke 305 an sich biegsam gemacht werden, beispielsweise könnte sie aus einem dünnen Metall oder aus Kunststoff gefertigt sein, wobei die untere Kante 310 zur Gewährleistung einer guten Berührung versteift oder verdickt werden müßte. Andererseits kann die Lichtschranke 305, wie gezeigt, verhältnismäßig starr, jedoch zur Schaffung einer ίο nachgebenden Berührung elastisch angeordnet sein. Im vorliegenden Falle wird dies erreicht durch elastische Anbringungsmittel 311, die eine Mutter-Bolzen-Verbindung 311 b enthalten, die mit einer Ringscheibe 311 α aus Gummi versehen ist, die in eine öffnung in der Lichtschranke 305 eingepaßt ist.

In der durch die Berührungslinie der Unterseite 310 der Lichtschranke 305 mit dem gekrümmten Abschnitt des Flachmaterials und der Lampe 8 verlaufenden tangentialen Ebene sind die Photozellen 308 angeordnet, so daß diese aus der Lampe direktes Licht aufnehmen, sofern die Lichtschranke 305 infolge des Auftretens einer Oberflächenerhebung abgehoben wird.

Obwohl man unter gewissen Bedingungen, beispielsweise falls das Gerät in einem dunklen Raum betrieben wird, darauf verzichten könnte, ist die An ordnung der Photozellen 308 in einem lichtdichten Gehäuse 306, das in der der Lichtschranke gegenüberliegenden Seitenwand eine Öffnung aufweist, zweckmäßig. Bei der dargestellten Bauweise ist diese Öffnung zwischen einem schrägstehenden, sich parallel zur und in der Nähe der Oberfläche des Materials zwischen den Rollen 304 und 309 erstreckenden unteren Flansch 306 a und der Lichtschranke 305 selbst ausgebildet. Die Verwendung dieses lichtdichten Gehäuses schirmt die Photozellen 308 im wesentlichen gegen Störlicht ab.

In dem lichtdichten Gehäuse 306 sind auch Vorrichtungen, wie beispielsweise Anoden- oder Kathodenfolgeschaltungen 307, angeordnet, die die Ausgangssignale einer oder mehrerer parallelgeschalteter Photozelijn 308 verarbeiten.

Zwecks Erzielung besserer Ergebnisse ist es zweckmäßig, die Länge der Berührungslinien zwischen der Lichtschranke und der Materialoberfläche auf etwa 10 cm zu begrenzen. Folglich sind zum Bedecken eine gegebenen Materialbreite mehrere Lichtschranken hintereinander anzuordnen.

In dem früheren Vorschlag ist angegeben, wie die Ausgänge zweier getrennter Gruppen von Photozellen in einem Prüfkopf jeweils mit den beiden Eingangselektroden eines symmetrischen Gegentaktverstärkers gekoppelt werden können, um zu erreichen, daß die Einrichtung nicht auf Zustandsänderungen anspricht, die gleichzeitig beide Gruppen von Photozellen beeinträchtigen, wie beispielsweise ein Flakkern der Lichtquellen, das sonst als ein Fehler in der Materialbahn registriert würde.

Diese Anordnung kann bei der vorstehend beschriebenen Einrichtung auch vorteilhaft zum Feststellen von Fältchen verwendet werden, indem eine oder mehrere Lichtschranken zwecks Bildung einer Schrankengruppe einer oder mehreren parallelgeschalteten Photozellen zugeordnet wird oder werden, und Schrankengruppenpaare mit den Eingangselektroden eines symmetrischen Gegentaktverstärkers, vorzugsweise mit einer eine lange Abklingzeit aufweisenden Kennlinie verbunden werden.

In das lichtdichte Gehäuse 306 werden, sofern mehr als eine Schrankengruppe verwendet wird, Abteilkörper in Form von Trennwänden 312 eingesetzt. Diese Trennwände schirmen im wesentlichen die Photozellen einer Schrankengrappe gegen das unter den Lichtschranken einer benachbarten Schrankengruppe hindurchgehende Licht ab.

Claims (6)

Patentansprüche: IO

1. Photoelektrisches Gerät zum Feststellen von Oberflächenerhebungen, z. B. Fältchen, auf sich bewegenden Bahnen aus Flachmaterial mit normalerweise glatter Oberfläche, z. B. Papier, mit mindestens einer Lichtquelle zum Ausleuchten eines Oberflächenabschnittes der Bahn und mindestens einer dieser zugeordneten Photozelle, gekennzeichnetdurch eine auf der Oberfläche der Bahn (2) aufliegende, sich im Querrichtung zu der letzteren erstreckende und in Richtung senkrecht zu ihr nachgiebig beweglich ausgebildete Lichtschranke (305), auf deren einer Seite die Lichtquelle (8) und auf deren anderer Seite die Photozelle (308) so angeordnet sind, daß eine Lichtbeaufschlagung der letzteren nur beim Abheben der Lichtschranke (305) von der Bahnoberfläche durch Oberflächenerhebungen erfolgt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsbahn des Flachmaterials an der Prüfstelle in Bewegungsrichtung gekrümmt ist und die Lichtschranke (305) die Oberseite der Bahn im gekrümmten Abschnitt berührt.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Lichtquelle (8) als auch auch die Photozelle (308) in der zur Berührungslinie der Lichtschranke (305) gehörenden Tangentialebene liegen.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Photozellen (308) in einem lichtdichten Gehäuse (306) mit einer Lichteintrittsöffnung angeordnet sind.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschranke (305) mit dem Gehäuse (306) elastisch verbunden ist.

6. Gerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lichtschranken (305) in einer sich quer über die Bahn (2) erstreckenden Linie hintereinander angeordnet sind, wobei eine oder mehrere Lichtschranken (305) zwecks Bildung einer Schrankengruppe einer oder mehreren Photozellen (308) zugeordnet ist oder sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 586 698, 628 861,
019;

französische Patentschrift Nr. 1165 198;
USA.-Patentschrift Nr. 2 617 048.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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